Патент на изобретение №2396181

(54) СИСТЕМА ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ МОРСКОГО СУДНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области судостроения. Система охлаждения энергетической установки морского судна включает два замкнутых контура движения пресной воды. Первый контур включает циркуляционную емкость, в которую поступает пресная вода от энергетической установки. Второй контур содержит встроенный в циркуляционную емкость оребренный змеевик и охладитель пресной воды. Вода, поступающая в циркуляционную емкость от энергетической установки, охлаждается за счет теплообмена с поверхностью змеевика. В змеевике циркулирует вода, охлажденная в охладителе при помощи холодильной установки. Холодильная установка представляет собой замкнутый контур движения хладагента и содержит размещенный в охладителе испаритель, винтовой компрессор, конденсатор, ресивер. Повышается надежность и срок эксплуатации оборудования вследствие исключения из системы охлаждения морской воды. Достигается снижение материалоемкости системы охлаждения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности к системам водяного охлаждения энергетической установки морских судов, и может быть использовано в стационарных энергетических установках.

Известна система водяного охлаждения энергетической установки морского судна, одноконтурная, с использованием морской и пресной воды (см. М.К. Овсяников, В.А. Петухов «Судовые дизельные установки», стр.317, стр.335, Ленинград: «Судостроение», 1986 г.).

Известная водяная одноконтурная система охлаждения судовой энергетической установки морского судна содержит: трубопроводы, подающие насосы морской и пресной воды, кожухотрубные теплообменные аппараты (теплообменники) и расширительную емкость (для замкнутого контура пресной воды), гидравлически сообщенные между собой приемными и возвратными трубопроводами.

Известная система имеет недостатки:

1. Интенсивное обрастание проточных полостей (со стороны морской воды) трубопроводов, теплообменных аппаратов, запорной арматуры и в связи этим уменьшение проходного сечения приемного трубопровода подающего охлаждающего насоса морской воды, теплообменных трубок теплообменных аппаратов, которое в эксплуатации наблюдалось вплоть до 60-80% от общей площади проходного сечения труб, в результате чего гидравлическое сопротивление увеличивалось во много раз, ухудшая охлаждение энергетической установки морского судна и условия ее эксплуатации.

2. Коррозионное разрушение трубопроводов, теплообменных аппаратов, насосов, запорной арматуры и других деталей охлаждающей системы. Для защиты от коррозии требуется огромное количество дорогостоящих цветных металлов и их сплавов для изготовления трубопроводов, запорной арматуры, насосов, теплообменных аппаратов, что на практике реализуется не в полном объеме.

Вышеперечисленные недостатки известной системы охлаждения энергетической установки морского судна приводят к серьезным проблемам при эксплуатации морских судов из-за значительного ухудшения рабочих параметров энергетической установки морского судна. Особенно эти недостатки сказываются при плавании морского судна в районах мирового океана с высокой температурой морской воды. Кроме того, значительно увеличивается объем, стоимость и сроки ремонта энергетической установки морского судна в период его заводского ремонта.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является широко известная 2-контурная система водяного охлаждения энергетической установки морского судна, содержащая значительно более короткую по длине систему трубопроводов морской воды, по сравнению с одноконтурной (см. техническую документацию морских судов типа «Капитан Бянкин» 1993 года постройки, «Капитан Афанасьев» 1998 года постройки, «Амур» 1996 года постройки. Перечисленные суда работают в составе флота ОАО «ДВМП» (“Дальневосточное Морское Пароходство”, Владивосток)).

В первом контуре данной известной системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна установлены пластинчатые теплообменные аппараты, подающие насосы морской и пресной воды, трубопроводы, запорная арматура. Во 2-м контуре известной системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна установлены кожухотрубные теплообменные аппараты, расширительная емкость пресной воды, подающие насосы пресной воды, приемные и возвратные трубопроводы, разобщающая арматура.

Функциональное назначение 1-го контура известной системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна состоит в том, что в пластинчатых теплообменных аппаратах морская вода охлаждает пресную воду, которая, в свою очередь, охлаждает в кожухотрубных теплообменных аппаратах пресную воду 2-го контура данной системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна.

Недостатками известной 2-контурной системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна являются:

1. Громоздкость системы.

2. Удвоенное количество теплообменных аппаратов, подающих насосов, значительное увеличение количества разобщительной арматуры. Это усложняет конструкцию.

3. Из-за присутствия морской воды (как агрессивной среды) в 1-м контуре системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна, для защиты от коррозии, пластины пластинчатых теплообменных аппаратов изготавливаются из дорогостоящего титана, что также сопряжено с усложнением конструкции из-за установки протекторной защиты.

4. Обрастание проточных полостей трубопроводов, теплообменных аппаратов, разобщительной арматуры, подающего насоса морской воды 1-го контура системы охлаждения приводит к тем же последствиям, что и в известной одноконтурной системе водяного охлаждения энергетической установки морского судна, т.е. к ухудшению условий эксплуатации энергетической установки морского судна, увеличению объема, стоимости и срока ремонта морского судна.

Технической задачей, на которую направлено заявленное изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно исключение морской воды, как агрессивной среды, из системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна и, в связи с этим, улучшение условий эксплуатации энергетической установки морского судна, снижение затрат и срока.

Поставленная задача достигается тем, что в известной системе водяного охлаждения энергетической установки морского судна, содержащей подающий насос системы водяного охлаждения энергетической установки, теплообменные аппараты, расширительную емкость пресной воды, приемный и возвратный трубопроводы системы, разобщительную арматуру, в отличие от нее заявляемая дополнительно содержит циркуляционный насос, циркуляционную емкость охлаждающей пресной воды со встроенным оребренным охлаждающим змеевиком, которая гидравлически сообщена посредством трубопровода с расширительной емкостью пресной воды, дополнительную расширительную емкость пресной воды, холодильную установку, включающую охладитель пресной воды со встроенным испарителем хладагента и последовательно соединенные посредством трубопроводов компрессор, конденсатор и ресивер. При этом отводящий трубопровод ресивера соединен со входом испарителя хладагента охладителя пресной воды. Отводящий трубопровод испарителя хладагента охладителя пресной воды соединен с приемным трубопроводом компрессора. Причем циркуляционный насос сообщен приемным трубопроводом с полостью охладителя пресной воды, а напорным трубопроводом сообщен со входом охлаждающего змеевика циркуляционной емкости охлаждающей пресной воды. Отводящий трубопровод охлаждающего змеевика циркуляционной емкости охлаждающей пресной воды сообщен с полостью охладителя пресной воды, с которой гидравлически сообщена трубопроводом также и дополнительная расширительная емкость пресной воды. Подающий насос системы водяного охлаждения энергетической установки сообщен своим приемным трубопроводом с полостью данной циркуляционной емкости охлаждающей пресной воды, а возвратный трубопровод системы водяного охлаждения энергетической установки сообщен соответственно с полостью этой циркуляционной емкости охлаждающей пресной воды. Причем напорный трубопровод циркуляционного насоса имеет ответвление на систему кондиционирования воздуха морского судна, трубопровод возврата воды которой сообщен с полостью охладителя пресной воды, а оребренный охлаждающий змеевик циркуляционной емкости пресной воды выполнен из стальных, оребренных оцинкованных трубопроводов.

Эксплуатационно и экономически оправдано включение в холодильную установку системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна компрессора винтового типа.

Предложенная система водяного охлаждения энергетической установки морского судна исключает использование морской воды, как агрессивной среды, в системе охлаждения, т.к. она содержит трубопроводы, теплообменные аппараты, подающий охлаждающий и циркуляционный насосы, холодильную установку с винтовым компрессором, охладителем пресной воды, циркуляционную емкость пресной воды со встроенным оребренным змеевиком, внутри которого согласно заявленному изобретению циркулирует охлажденная в охладителе только пресная вода. Благодаря теплообмену между наружной поверхностью оребренного охлаждающего змеевика, встроенного в циркуляционную емкость, и пресной водой, возвращенной из системы охлаждения энергетической установки морского судна в циркуляционную емкость, пресная вода в ней охлаждается, затем охлажденная пресная вода из циркуляционной емкости подающим охлаждающим насосом снова направляется в систему охлаждения энергетической установки морского судна.

Технический результат достигается также тем, что в заявленной системе водяного охлаждения энергетической установки морского судна вместо громоздких, металлоемких, изготовленных на 80-85% из цветных металлов и их сплавов, дорогостоящих кожухотрубных теплообменных аппаратов установлены пластинчатые, т.е. малогабаритные теплообменные аппараты, с пластинами, изготовленными из нержавеющей стали, а не из титана, как в случае 2-контурной системы охлаждения, т.к. в них отсутствует контакт с агрессивной средой (морской водой).

Использование холодильной установки в составе традиционных компрессора, конденсатора, ресивера и испарителя хладагента охладителя пресной воды в системе охлаждения энергетической установки морского судна позволяет, как известно, достаточно сократить количество теплообменных аппаратов. Это позволяет также повысить эффективность и надежность работы системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна вне зависимости от времени года и района плавания морского судна, что весьма существенно.

Кроме того, использование компрессора винтового типа обеспечивает увеличенный (до 30000 ч) его ресурс, чем достигается дополнительный эффект заявляемого изобретения.

Заявляемое изобретение усовершенствует известные системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна, направлено на создание эффективной и надежной системы водяного охлаждения его энергетической установки, способствует поддержанию стабильного теплового режима в изменяющихся условиях эксплуатации морского судна, а также сокращению затрат на закупку оборудования и его ремонт. Более того, благодаря большей надежности при эксплуатации заявляемой системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна существенно увеличивается межремонтный период морского судна и снижаются затраты на его заводской ремонт, что позволит судовладельцам значительно снизить эксплуатационные расходы.

Заявленное изобретение позволит использовать холодную пресную воду, охлажденную в охладителе до температуры 2-5°С, и для охлаждения воздуха в воздухоохладителях системы кондиционирования воздуха (СКВ), имеющейся на каждом морском судне. Этим достигается дополнительный эффект заявленного изобретения (не является предметом притязаний).

Наличие расширительных емкостей, гидравлически включенных в контуры циркуляционной емкости пресной воды и охладителя пресной воды, обеспечивает стабильность циркуляции в них пресной воды и поддержание в этих емкостях ее стабильного уровня.

Таким образом достигается решение поставленной технической задачи, повышается эффективность и надежность работы системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна, улучшаются условия ее эксплуатации и снижаются затраты на ремонт. Достигается возможность использовать заявленное изобретение в СКВ морского судна.

На чертеже представлена принципиальная схема заявленного изобретения.

В системе установлена циркуляционная емкость охлаждающей пресной воды 1, гидравлически связанная с расширительной емкостью пресной воды 2, с подающим охлаждающим насосом 3 с его приемным трубопроводом 4 и напорным трубопроводом 5 контура системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна (не показано). В емкость 1 встроен охлаждающий оребренный змеевик 6, выполненный из стальных оребренных оцинкованных трубопроводов, который гидравлически связан своим входом с напорным трубопроводом 7 циркуляционного насоса 8, а своим выходом – с приемным трубопроводом 9 охладителя пресной воды 10. В охладитель пресной воды 10 встроен испаритель хладагента и регулятор уровня хладагента (не показаны). Система имеет дополнительную расширительную емкость 11, которая гидравлически связана с водяной полостью охладителя пресной воды 10. Отводящий трубопровод 12 испарителя хладагента (не показан) охладителя пресной воды 10 соединен с приемным трубопроводом 13 винтового компрессора 14 (возможна установка винтового компрессора, например, серии SAB фирмы SABROE, Дания, серии SFR фирмы MAYCOM, Япония или серии SP1 фирмы GRASSO, Нидерланды), который предназначен для отсасывания паров хладагента из испарителя хладагента, встроенного в охладитель пресной воды 10, и нагнетания их в последовательно соединенный с ним конденсатор 15. Конденсатор 15 предназначен для конденсации паров хладагента за счет теплообмена с наружной поверхностью его теплообменных трубок (не показаны), внутри которых прокачивается охлаждающая пресная вода, поступающая по подающему трубопроводу 16 и выходящая по отводящему трубопроводу 17 контура системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна (не показано). Жидкий холодильный агент из конденсатора 15 стекает в последовательно соединенный с ним ресивер 18. Из ресивера 18 хладагент по трубопроводу 19 поступает через регулятор уровня хладагента в данный испаритель хладагента, встроенный в охладитель пресной воды 10. Регулятор уровня хладагента, встроенный в охладитель пресной воды 10, предназначен для поддержания необходимого уровня хладагента в испарителе охладителя пресной воды 10. В качестве хладагента предлагается использовать в заявленном изобретении широко известный озонобезопасный хладагент – фреон 134а. В результате теплообмена охлаждающей пресной воды, поступающей из оребренного охлаждающего змеевика 6 по трубопроводу 9 в охладитель пресной воды 10, с наружной поверхностью испарителя хладагента пресная вода охлаждается до температуры 2-5°С. Внутри испарителя кипит хладагент – фреон 134а. Температура пресной воды в охладителе 10 поддерживается автоматически посредством регулятора температуры (не показан). В свою очередь, температура охлаждающей пресной воды в циркуляционной емкости пресной воды 1 поддерживается также автоматически посредством второго регулятора температуры (не показан). Охладитель пресной воды 10, винтовой компрессор 14, конденсатор 15 и ресивер 18, являясь традиционными элементами, образуют таким путем в совокупности холодильную установку системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна.

Заявленное изобретение используют следующим образом. Циркулирующая в системе посредством циркуляционного насоса 8 пресная вода охлаждается в охладителе пресной воды 10 холодильной установки за счет теплообмена с наружной поверхностью испарителя хладагента, встроенного в охладитель пресной воды 10, внутри испарителя кипит хладагент – фреон 134а. Винтовой компрессор 14 отсасывает пары хладагента – фреон 134а из встроенного в охладитель пресной воды 10 испарителя хладагента и нагнетает их в конденсатор 15. В конденсаторе 15 пары хладагента – фреон 134а конденсируются за счет теплообмена с наружной поверхностью теплообменных трубок, внутри которых циркулирует охлаждающая пресная вода контура системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна. При этом пресная вода к конденсатору 15 поступает по трубопроводу 16 и отводится по трубопроводу 17. В результате конденсации жидкий хладагент – фреон 134а стекает из конденсатора 15 в ресивер 18, гидравлически с ним связанный. Из ресивера 18 жидкий холодильный агент поступает по трубопроводу 19 в испаритель хладагента охладителя пресной воды 10. Уровень жидкого хладагента в испарителе охладителя пресной воды 10 поддерживает автоматически встроенный в него регулятор уровня, гидравлически с ним связанный. Циркуляционный насос 8, гидравлически связанный напорным трубопроводом 7 со встроенным оребренным охлаждающим змеевиком 6 циркуляционной емкости пресной воды 1, подает в него холодную воду, охлажденную в охладителе пресной воды 10. За счет теплообмена пресной воды циркуляционной емкости 1 с наружной поверхностью оребренного охлаждающего змеевика 6 происходит охлаждение пресной воды в циркуляционной емкости 1. Подающий охлаждающий насос 3 контура системы водяного охлаждения энергетической установки морского судна, гидравлически связанного приемным трубопроводом 4 с циркуляционной емкостью 1, подает по напорному трубопроводу 5 охлажденную пресную воду в данную систему водяного охлаждения энергетической установки морского судна, откуда она возвращается в циркуляционную емкость пресной воды по возвратному трубопроводу 20. Температура охлаждающей воды в циркуляционной емкости пресной воды 1 поддерживается автоматически с помощью второго регулятора температуры. При этом поддержание стабильного уровня пресной воды и стабильности ее циркуляции в циркуляционной емкости 1 и охладителе пресной воды 10 происходит за счет их гидравлических связей соответственно с расширительной емкостью 2 и дополнительной расширительной емкостью 11. При этом часть воды, охлажденной в охладителе пресной воды 10, по трубопроводу 21 подается к воздухоохладителям системы кондиционирования воздуха (СКВ) (не показаны) морского судна. Из воздухоохладителей СКВ пресная вода по трубопроводу 22 возвращается в охладитель пресной воды 10. Таким образом обеспечивается эффективное и надежное охлаждение энергетической установки морского судна, а также комфортный температурно-влажностной режим в его жилых и служебных помещениях.

Формула изобретения

1. Система водяного охлаждения энергетической установки морского судна, содержащая подающий насос системы водяного охлаждения энергетической установки, теплообменные аппараты, расширительную емкость пресной воды, приемный и возвратный трубопроводы системы, разобщительную арматуру, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит циркуляционный насос, циркуляционную емкость охлаждающей пресной воды со встроенным оребренным охлаждающим змеевиком, которая гидравлически сообщена посредством трубопроводов с расширительной емкостью пресной воды, дополнительную расширительную емкость пресной воды, холодильную установку, включающую охладитель пресной воды со встроенным испарителем хладагента и последовательно соединенные посредством трубопроводов компрессор, конденсатор и ресивер, отводящий трубопровод которого соединен с входом испарителя хладагента охладителя пресной воды, отводящий трубопровод которого, в свою очередь, соединен с приемным трубопроводом компрессора, при этом циркуляционный насос сообщен приемным трубопроводом с полостью охладителя пресной воды, а напорным трубопроводом сообщен со входом оребренного охлаждающего змеевика циркуляционной емкости охлаждающей пресной воды, отводящий трубопровод которого сообщен с полостью охладителя пресной воды, с которой гидравлически сообщена трубопроводом также и дополнительная расширительная емкость пресной воды, подающий насос системы водяного охлаждения энергетической установки сообщен своим приемным трубопроводом с полостью данной циркуляционной емкости охлаждающей пресной воды, а возвратный трубопровод системы водяного охлаждения энергетической установки сообщен соответственно с полостью этой циркуляционной емкости охлаждающей пресной воды, причем оребренный охлаждающий змеевик циркуляционной емкости пресной воды выполнен из стальных оребренных оцинкованных трубопроводов.

2. Система водяного охлаждения по п.1, отличающаяся тем, что в систему установлен компрессор винтового типа.

РИСУНКИ